CN114604377B - 一种智慧节能浮岛 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智慧节能浮岛，解决了岛上信息孤立封闭，管理与维护不及时，浮岛的利用率低的技术问题，包括浮岛平台、浮岛载体和浮岛植被；所述浮岛平台的重力中心嵌载智慧节能模块，浮岛平台边缘安装自动避障传感器；其中，所述智慧节能模块，由DVP PLC、控制执行机构、驱动定位电机、岛上环境信息采样装置、位置信息采样装置、云模块及节能供电装置组成，本发明提供的智慧节能浮岛，为浮岛提供智慧化实时监控，方便水体水质的管理与维护，更好的修复水体的污染，并在一定程度增加动态碳汇，辅助生态治理，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及生态环保、绿色节能技术领域，尤其涉及一种可智慧化监控净化水体、通过增加碳汇，达到增加空气中氧气含量的效果的浮岛。
背景技术
生态浮岛主要是指为了水质净化，利用植物生长过程中吸收氮磷、有机物等富营养化物质而人工搭建的水体植物种植平台，是常用的水生态修复手段之一。
主要将植物种植于浮于水面的载体中，通过水生植物的根系对污染物质的吸收，以及附着在根系周围的生物膜和细胞外酶对水体中污染物的降解，从而达到进化水质的目的。
生态浮岛通常由浮岛平台、浮岛载体和浮岛植被组成，浮岛平台为浮岛载体的固定装置，浮岛植被是净化水质的主体，浮岛载体则用于承载浮岛植被，因此浮岛植被与浮岛载体为生态浮岛的主要部分。
在研究的过程中发现，现有的生态浮岛技术在应用中由于岛上信息孤立封闭，进而造成管理与维护时机不当，使得浮岛的利用率降低。
发明内容
为了改善现有生态浮岛的控制弊端，本发明提供了一种集智慧化系统与生态浮岛为一体的智慧节能浮岛，在生态浮岛改善环境的基础上实现智慧化，自动监控水体与水体上部的碳汇空间，实现智能终端远程操控。操作简单，方便快捷，在一定程度上增加动态碳汇能力，辅助生态治理，提高经济效益。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
本发明提供了一种智慧节能浮岛，包括浮岛平台、浮岛载体和浮岛植被；所述浮岛平台的重力中心嵌载智慧节能模块，浮岛平台边缘安装自动避障传感器；其中，
所述智慧节能模块，由DVP PLC、控制执行机构、驱动定位电机、岛上环境信息采样装置、位置信息采样装置、云模块及节能供电装置组成；
所述DVP PLC的可编程数字输出端通过控制执行机构与驱动定位电机的电源相连；岛上环境信息采样装置与DVP PLC的AI扩展模块连接；AI扩展模块通过其匹配的信息口与DVP PLC主机相连；位置信息采样装置及云模块分别通过RS485口与DVP PLC主机相连；DVP PLC主机通过云模块与外部智能设备通信；节能供电装置为所述智慧节能模块供电。
进一步的，多个所述自动避障传感器均匀分布在浮岛平台边缘，由自动避障传感器探头和螺旋桨组成。
进一步的，所述DVP PLC配置有开关量输入口DI、开关量输出控制口DO以及扩展配置模拟量输入模块口AI。
进一步的，所述驱动定位电机由接在所述DVP PLC的开关量输出控制口DO上的驱动电机和抛锚定位电机构成。
进一步的，所述岛上环境信息采样装置，由红外感应接近开关、光照度传感器、温度传感器、风速传感器以及风向传感器组成；
所述红外感应接近开关接在所述DVP PLC的开关量输入端口DI上，并将所述开关量输入端口DI设计为源输入方式；
所述光照度传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器，分别接在所述DVPPLC的扩展配置模拟量输入模块口AI的模拟通道上。
进一步的，所述位置信息采样装置，是由连接在DVP PLC主机的RS232通讯口的GPS模块组成，根据岛上环境信息采样装置的风速传感器和风向传感器的采样数据判断浮岛所定位的位置。
进一步的，所述控制执行机构，由中间继电器、线圈与常开点构成，通过DVP PLC主机程序控制中间继电器、线圈与常开点，来完成所述驱动定位电机的驱动。
进一步的，所述云模块为EMCP云模块；
该EMCP云模块与所述DVP PLC主机的RS485通讯口进行信息交互，向EMCP云及外部智能设备发送岛上环境信息采样装置及位置信息采样装置的检测数据与信息，并通过EMCP云接收外部智能设备实时的控制指令信息，这样通过与外部智能设备通信，即可智慧化监控任何水域上的浮岛了。
进一步的，所述节能供电装置，是由太阳能电池板、太阳能电池控制器与蓄电池组成，太阳能电池控制器给蓄电池充电，蓄电池给所述DVP PLC主机充电。
进一步的，所述浮岛平台的主体可定制为不同形状；优选为方型、圆型，以及由方型和圆型组合的各种平面或立体变形；浮岛平台的主体可选择PVC塑料管作为智慧浮岛的整体框架，内嵌聚乙烯掺杂滑石粉的轻质泡沫平板。
本发明的有益效果是：
本发明公开的一种智慧节能浮岛，改善了现有浮岛控制不灵活，解决了岛上信息孤立封闭，造成管理与维护时机不当，不能达成浮岛的充分利用率等弊端与技术问题，本发明提供了浮岛的智慧化实时监控，方便水体水质的管理与维护，更好的修复水体的污染与一定程度增加动态碳汇，辅助生态治理，提高经济效益。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是圆型浮岛平台俯视图示意图。
图2是智慧节能模块原理图示意图。
图3是岛上环境信息采样装置原理图示意图。
图4是云模块与DVP PLC接口接线图以及与用户手机关系示意图。
图5是节能供电装置接线图。
图6是外部智能设备通信的截图。
图7是本发明应用运行时外部智能设备监控平台所显示数据。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供了一种智慧节能浮岛，包括浮岛平台、浮岛载体和浮岛植被14；其中，浮岛植被种植在浮岛平台上面或周边近水域上，优选植种净水与碳汇的植被或树木。所述浮岛平台的重力中心嵌载智慧节能模块13，浮岛平台边缘安装自动避障传感器；多个所述自动避障传感器均匀分布在浮岛平台边缘，由自动避障传感器探头和螺旋桨组成。自动避障传感器优选为红外传感器E18-DS30C4。
优选的，如图1所示，自动避障传感器设计为4个方向驱动：直流电机#1控制第一螺旋桨1、直流电机#2控制第二螺旋桨2、直流电机#3控制第三螺旋桨3、直流电机#4控制第四螺旋桨4。8个方向自动避障，包括：第一方向自动避障传感器探头5、第二方向自动避障传感器探头6、第三方向自动避障传感器探头7、第四方向自动避障传感器探头8、第五方向自动避障传感器探头9、第六方向自动避障传感器探头10、第七方向自动避障传感器探头11、第八方向自动避障传感器探头12。
如图2所示，所述智慧节能模块，由DVP PLC15、控制执行机构、驱动定位电机、岛上环境信息采样装置、位置信息采样装置40、云模块47(见图4)及节能供电装置(见图5)组成；
所述DVP PLC的可编程数字输出端通过控制执行机构与驱动定位电机的电源相连；岛上环境信息采样装置与DVP PLC的AI扩展模块连接；AI扩展模块通过其匹配的信息口与DVP PLC主机相连；位置信息采样装置及云模块分别通过RS485口与DVP PLC主机相连；DVP PLC主机通过云模块与外部智能设备通信；节能供电装置为所述智慧节能模块供电。
所述DVP PLC15配置有开关量输入口DI、开关量输出控制口DO以及扩展配置模拟量输入模块口AI。
所述驱动定位电机由接在所述DVP PLC的开关量输出控制口DO上的驱动电机和抛锚定位电机构成。优选为四个驱动电机+1定位电机：第一驱动电机35、第二驱动电机36、第三驱动电机37、第四驱动电机38和一个抛锚定位电机39。此5个电机分别由DVP PLC 15程序控制执行机构按岛上环境信息采样装置中检测传感器信号与位置信息采样装置的位置信息采样信号指令动作。
如图3所示，所述岛上环境信息采样装置，由红外感应接近开关24、光照度传感器42、温度传感器、风速传感器45以及风向传感器46组成；所述红外感应接近开关接在所述DVP PLC的开关量输入端口DI上，并将所述开关量输入端口DI设计为源输入方式；所述光照度传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器，分别接在所述DVP PLC的扩展配置模拟量输入模块口AI的模拟通道上。
优选由八个红外感应接近开关包括第一开关16、第二开关17、第三开关18、第四开关19、第五开关20、第六开关21、第七开关22、第八开关23；一个光照度传感器42、一个温度传感器(温度传感器Pt100接口43、温度变送器接口44)、一个风速传感器45、一个风向传感器46组成；
8个红外感应接近开关接在DVP PLC 15主机扩展配置的开关量输入端DI，1个光照度传感器42、1个温度传感器((温度传感器Pt100接口43、温度变送器接口44))、一个风速传感器45、一个风向传感器46接在DVP PLC主机扩展配置的模拟量输入模块端口AI 41，由DVPPLC15主机编程采样并标定岛上环境信息；优选的，八个红外感应接近开关为PNP型，24VDC直流工作电源；图3示出了1个光照度传感器、1个温度传感器、一个风速传感器和一个风向传感器输出为0-20mA或0-10V输出类型、24VDC直流工作电源。图2示出了DVP PLC 15主机开关量输入端口DI设计为源输入方式，以满足8个PNP型红外感应接近开关工作要求；
如图2所示，所述位置信息采样装置40，是由连接在DVP PLC主机的RS232通讯口的GPS模块组成，根据岛上环境信息采样装置的风速传感器和风向传感器的采样数据判断浮岛所定位的位置。该GPS模块型号优选为MY-GPS008C。
如图2所示，所述控制执行机构，由中间继电器、线圈与常开点构成，通过DVP PLC主机程序控制中间继电器、线圈与常开点，来完成所述驱动定位电机的驱动。优选由五个中间继电器及其五个线圈：第一线圈25、第二线圈26、第三线圈27、第四线圈28、第五线圈29、与五个常开点：第一常开点30、第二常开点31、第三常开点32、第四常开点33、第五常开点34构成，通过DVP PLC主机程序控制五个中间继电器线圈，来完成驱动定位电机的驱动。所述五个中间继电器，可选择24VDC工作电压、2开2闭规格的。
如图4所示，所述云模块47为EMCP云模块；
该EMCP云模块与所述DVP PLC主机的RS485通讯口49进行信息交互，向EMCP云及外部智能设备48发送岛上环境信息采样装置及位置信息采样装置的检测数据与信息，并通过EMCP云接收外部智能设备48实时的控制指令信息，这样通过与外部智能设备通信，即可智慧化监控任何水域上的浮岛了。
优选的，外部智能设备为开发在用户手机上的手机APP，如：智慧节能浮岛手机APP；该EMCP云模块47与DVP PLC主机的RS485通讯口进行信息交互，并通过EMCP云模块47的天线，再进一步EMCP云进行信息交互，以4G的速度，向EMCP云发送温度、湿度、光照度等检测数据与信息，与此同时EMCP云模块47又以4G速度将检测数据与信息同步发布到用户手机APP上，用户手机APP上实施的控制指令信息又以4G速度发送到EMCP模块47，这样用户通过自己手机上的智慧节能浮岛手机APP，即可智慧化监控任何水域上的浮岛了。
如图5所示，所述节能供电装置，是由太阳能电池板50、太阳能电池控制器51与蓄电池52组成，太阳能电池控制器51给蓄电池52充电，蓄电池52与DVP PLC主机电源接口53连接后给DVP PLC主机充电。所述蓄电池输出24VDC。
所述浮岛平台的主体可定制为不同形状；优选为方型、圆型，以及由方型和圆型组合的各种平面或立体变形；浮岛平台的主体可选择PVC塑料管作为智慧浮岛的整体框架，内嵌包装为奶白色聚乙烯掺杂滑石粉轻质泡沫平板。泡沫平板质地轻，减震性能好，即便是受到损伤破裂也不影响浮力。
应用实例：图6、图7是本发明智慧节能浮岛应用运行时智慧节能浮岛手机APP监控平台所显示数据，这些数据为智慧节能浮岛在特定水域特定位置的温度、湿度、光照、风向、风速以及它的驱动直流电机#1#2#3#4，浮岛避障的方向1-方向8的数值与状态显示，图6智慧节能浮岛手机APP监控平台为智能APP主界面，图7智慧浮岛检测控制中心为次界面。该实例中的智慧节能浮岛其智慧性体现在通过用户手机APP终端可以遥控、摇调及远程监视浮岛在工作水域的工作状况；其节能体现在采用太阳能极板，将太阳能转化为电能，提供浮岛的运动、信息传输能量。该浮岛具体应用实例见图6所示的用户手机APP终端上的智慧节能浮岛手机APP监控平台所显示数据，该平台数据就是浮岛在运行期间实时显示和采样的部分数据。通过图6智慧节能浮岛手机APP监控平台表明本发明的智慧节能浮岛是一种集智慧化与生态浮岛为一体的系统，在生态浮岛改善环境的基础上实现智慧化，自动监控水体与其上方碳汇空间，实现手机APP智能终端远程操控。操作简单，方便快捷，不但可以更好的改善环境和水体上空碳汇空间，还能有效的提高经济的收入。
本发明适应性广，该智慧节能浮岛其智慧性体现在通过用户手机APP终端可以遥控、摇调及远程监视浮岛在工作水域的工作状况；其节能体现在采用太阳能极板，将太阳能转化为电能，提供浮岛的运动、信息传输能量。该浮岛具体应用实例见图6所示的用户手机APP终端上的智慧节能浮岛手机APP监控平台所显示数据，该平台数据就是浮岛在运行期间实时显示和采样的部分数据。通过图6智慧节能浮岛手机APP监控平台表明本发明的智慧节能浮岛是一种集智慧化与生态浮岛为一体的系统，在生态浮岛改善环境的基础上实现智慧化，自动监控水体与其上方碳汇空间，实现手机APP智能终端远程操控。操作简单，方便快捷，不但可以更好的改善环境和水体上空碳汇空间，还能有效的提高经济的收入。
本发明的有益效果是：
本发明公开的一种智慧节能浮岛，改善了现有浮岛控制不灵活，解决了岛上信息孤立封闭，造成管理与维护时机不当，不能达成浮岛的充分利用率等弊端与技术问题，本发明提供了浮岛的智慧化实时监控，方便水体水质的管理与维护，更好的修复水体的污染，并在一定程度增加动态碳汇，辅助生态治理，提高经济效益，运行实践证明从2019年到2020年一年的时间，将每台人工浮岛改造为智慧节能浮岛后，每台每年能够节省人力维护费用9万元以上。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种智慧节能浮岛，包括浮岛平台、浮岛载体和浮岛植被；其特征在于，所述浮岛平台的重力中心嵌载智慧节能模块，浮岛平台边缘安装自动避障传感器；其中，
所述智慧节能模块，由DVP PLC、控制执行机构、驱动定位电机、岛上环境信息采样装置、位置信息采样装置、云模块及节能供电装置组成；
所述DVP PLC的可编程数字输出端通过控制执行机构与驱动定位电机的电源相连；岛上环境信息采样装置与DVP PLC的AI扩展模块连接；AI扩展模块通过其匹配的信息口与DVPPLC主机相连；位置信息采样装置通过RS232口与DVP PLC主机相连；云模块通过RS485口与DVP PLC主机相连；DVP PLC主机通过云模块与外部智能设备通信；节能供电装置为所述智慧节能模块供电；
所述岛上环境信息采样装置，由红外感应接近开关、光照度传感器、温度传感器、风速传感器以及风向传感器组成；所述红外感应接近开关接在所述DVP PLC的开关量输入端口DI上，并将所述开关量输入端口DI设计为源输入方式；所述光照度传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器，分别接在所述DVP PLC的扩展配置模拟量输入模块口AI的模拟通道上；
所述控制执行机构，由中间继电器、线圈与常开点构成，通过DVP PLC主机程序控制中间继电器、线圈与常开点，来完成所述驱动定位电机的驱动。
2.如权利要求1所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，
多个所述自动避障传感器均匀分布在浮岛平台边缘，由自动避障传感器探头和螺旋桨组成。
3.如权利要求1所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述DVP PLC配置有开关量输入口DI、开关量输出控制口DO以及扩展配置模拟量输入模块口AI。
4.如权利要求1或3所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述驱动定位电机由接在所述DVP PLC的开关量输出控制口DO上的驱动电机和抛锚定位电机构成。
5.如权利要求1所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述位置信息采样装置，是由连接在DVP PLC主机的RS232通讯口的GPS模块组成，根据岛上环境信息采样装置的风速传感器和风向传感器的采样数据判断浮岛所定位的位置。
6.如权利要求1所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述云模块为EMCP云模块；
该EMCP云模块与所述DVP PLC主机的RS485通讯口进行信息交互，向EMCP云及外部智能设备发送岛上环境信息采样装置及位置信息采样装置的检测数据与信息，并通过EMCP云接收外部智能设备实时的控制指令信息，这样通过与外部智能设备通信，即可智慧化监控任何水域上的浮岛了。
7.如权利要求1所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述节能供电装置，是由太阳能电池板、太阳能电池控制器与蓄电池组成，太阳能电池控制器给蓄电池充电，蓄电池给所述DVP PLC主机充电。
8.如权利要求1-3、5-7之一所述的一种智慧节能浮岛，其特征在于，所述浮岛平台的主体可定制为不同形状；浮岛平台的主体可选择PVC塑料管作为智慧浮岛的整体框架，内嵌聚乙烯掺杂滑石粉的轻质泡沫平板。
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| KR102228676B1 (ko) * | 2020-08-24 | 2021-03-15 | 한국해양과학기술원 | 선박용 친환경 추진시스템의 해상실증 및 운용실적 확보를 위한 해상 테스트 베드 |
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